Эмульсия
Эму́льсия(новолат. emulsio, от лат. emulgeo — дою, выдаиваю) — дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой.
Эмульсии являются обычно грубодисперсными системами, у которых капельки дисперсной фазы имеют размеры от 1 до 50 мкм. Эмульсии состоят из несмешиваемых жидкостей, причем если одна из жидкостей является полярной (например, вода), то вторая — неполярная или малополярная (например, органическая жидкость). Например, молоко — одна из первых изученных эмульсий, в нём капельки жира распределены в водной среде. Эмульсии низкой концентрации — неструктурированные жидкости. Высококонцентрированные эмульсии — структурированные системы.
Содержание
Основные типы эмульсий
Тип и эмульсии зависит от состава и соотношения ее жидких фаз, от количества и химической природы эмульгатора, от способа эмульгирования и некоторых других факторов.
- Прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде»)
Для эмульсих типа м/в хорошими эмульгаторами могут служить растворимые в воде мыла (натриевые и калиевые соли жирных кислот). Молекулы этих соединений, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, не только снижают поверхностное натяжение на ней, но благодаря закономерной ориентации в поверхностном слое создают в нем пленку, обладающую механической прочностью и защищающей эмульсию от разрушения.
- Обратные, или инвертные (типа «вода в масле»)
Для эмульсии типа в/м хорошими эмульгаторами могут быть нерастворимые в воде мыла (кальциевые, магниевые и алюминиевые соли жирных кислот).
Изменение состава эмульсий или внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную или наоборот.
| Тип эмульсии | Дисперсная фаза | Дисперсионная среда |
|---|---|---|
| Прямая | Вода | Масло |
| Обратная | Масло | Вода |
Так же эмульсии разделяются на лиофильные и лиофобные:
- Лиофильные эмульсии образуются самопроизвольно и термодинамически устойчивы. К ним относятся т. н. критические эмульсии, образующиеся вблизи критической температуры смешения двух жидких фаз, а также некоторые смазочно-охлаждающие жидкости.
- Лиофобные эмульсии возникают при механическом, акустическом или электрическом эмульгировании (диспергировании), а также вследствие конденсационного образования капель дисперсной фазы в пересыщенных растворах или расплавах. Они термодинамически неустойчивы и длительно существуют лишь в присутствии эмульгаторов — веществ, облегчающих диспергирование и препятствующих коалесценции (слипанию). Эффективные эмульгаторы — мицеллообразующиеПАВ, растворимые высокомолекулярные вещества, некоторые высокодисперсные твёрдые тела.
Получение эмульсий
Эмульсии образуются двумя путями:
Этот метод осуществляется путём медленного прибавления диспергируемого вещества в дисперсную систему в присутствии эмульгатора при непрерывном и сильном перемешивании. Главными факторами, от которых зависит степень дисперсности частиц получаемой эмульсии и её устойчивость, является скорость перемешивания, скорость введения диспергируемого вещества, его количество, природа эмульгатора и его концентрация, температура и pH среды.
- путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли.
Механизм образования состоит в следующем. Жидкость, образующая дисперсную фазу (например, масло), при медленном прибавлении к дисперсионной среде образует плёнку. Эта плёнка разрывается пузырьками воздуха, выходящими из отверстия трубки, которые находятся на дне сосуда. Образуются мелкие единичные капли. Одновременно пузырьки воздуха энергично размешивают всю жидкость и этим самым способствуют дальнейшему эмульгированию. В настоящее время для получения концентрированной эмульсии масла с водой её подвергают действию ультразвука.
Разрушение эмульсий
Эмульсии со временем самопроизвольно разрушаются. На практике иногда возникает необходимость ускорить процесс разрушения эмульсий (в случаях когда наличие эмульсии затрудняет дальнейшую обработку или применение материала). Ускорить процесс разрушения эмульсии можно различными способами:
- Химическое разрушение защитных пленок эмульгатора соответствующим реагентом. Основой метода химического расщепления является нейтрализация отрицательного заряда . На этом принципе основано действие органических деэмульгаторов.
- Прибавление эмульгатора, способного вызвать обращение фаз эмульсии и снижающего этим прочность защитной пленки (стабилизированная натриевым мылом эмульсия типа в/м — при введении солей кальция — будет находится в менее стойком состоянии);
- Адсорбционное замещение эмульгатора более поверхностно-активным веществом, не обладающим способностью образовывать достаточно прочные пленки;
- Термическое разрушение (Расслоение эмульсий нагреванием);
- Механическое воздействие (Отделение сливок от обрата с помощью сепаратора);
- Действие электрического тока или электролитов (Разрушение эмульсий, стабилизированных электрическим зарядом частиц — эмульсии типа вода/ нефть).
Применение эмульсий
Эмульсии широко используют в различных отраслях промышленности:
- Пищевая промышленность (сливочное масло, маргарин);
- Мыловарение;
- Переработка натурального каучука;
- Строительная промышленность (битумные материалы, пропиточные композиции);
- Автомобильная промышленность (получение смазочно-охлаждающих жидкостей);
- Сельское хозяйство (пестицидные препараты);
- Медицина (производство лекарственных и косметических средств);
- Живопись.
См. также
Литература
- Эмульсии / Под ред. А. А. Абрамзона. — Химия, 1972. — 447 с. — 4600 экз.
- Основы физической и коллоидной химии / С.А. Балезин, Б.В. Ерофеев, Н.И. Подобаев. — Просвещение, 1975. — 398 с.
- Курс коллоидной химии / Воюцкий С. С.. — 2 изд.. — М., 1975. — С. 367—81.
Wikimedia Foundation . 2010 .
эмульсия — и, ж. émulsion f., нем. Emulsion <лат. emulgere доить. 1. Жидкость, насыщенная нерастворимыми капельками какой л. другой жидкости. БАС 1. Жаловался < Вел. князь> головою. Давали ему докторы каку то белую эмульцию. 1765. Порошин зап. //… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ЭМУЛЬСИЯ — ЭМУЛЬСИЯ, СУСПЕНЗИЯ, состоящая из двух жидкостей. Эмульсия образуется, например, при разбавлении водой акварельной краски: она не растворяется в воде, а рассеивается по всему объему в виде мельчайших частиц или капель, для осаждения которых… … Научно-технический энциклопедический словарь
Эмульсия — двухфазная дисперсионная система, в который чаще всего дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой органические жидкости, в том числе битумы, полимерные смолы. Эмульсия применяется в производстве водоэмульсионных красок. Источник:… … Строительный словарь
ЭМУЛЬСИЯ — дисперсная система, состоящая из 2 взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых распределена в др. в виде мельчайших капелек. При определении назв. сначала указывают дисперсную фазу, а затем дисперсионную среду, напр. эмульсия бензола в воде … Геологическая энциклопедия
ЭМУЛЬСИЯ — ЭМУЛЬСИЯ, Emulsio [буквально «выдаивание» (молока), от лат. mulgere доить], название дисперсной системы, в к рой обе фазы жидки. Особо выделяются системы, в к рых внешняя (сплошная) фаза жидка, а дисперсная фаза плотна; эти системы… … Большая медицинская энциклопедия
Эмульсия — – двухфазная дисперсионная система, в который чаще всего дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой – органические жидкости, в том числе битумы, полимерные смолы. Эмульсия применяется в производстве водоимульсионных красок … Словарь строителя
эмульсия — Жидкостная система, в которой дисперсная фаза взвешенные капельки одной или нескольких жидкостей с ограниченной растворимостью в дисперсионной среде. [ГОСТ Р 51109 97] эмульсия Жидкая неоднородная система, в которой дисперсная фаза взвешенные… … Справочник технического переводчика
Эмульсия — – жидкая неоднородная система, в которой дисперсная фаза – взвешенные капельки одной или нескольких жидкостей с ограниченной растворимостью в дисперсионной среде. [ГОСТ 16887 71] Эмульсии – группа связующих и разбавителей для… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ЭМУЛЬСИЯ — жидкая лекарственная форма; непрозрачная жидкость, в которой нерастворимые в воде масла и т. д. находятся в диспергированном состоянии … Большой Энциклопедический словарь
ЭМУЛЬСИЯ — ЭМУЛЬСИЯ, эмульсии, жен. (от лат. emulsus выдоенный) (хим.). 1. Мельчайшие, нерастворяющиеся капельки одной какой нибудь жидкости в смеси с другой. 2. Светочувствительный слой, применяемый в фототехнике. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков.… … Толковый словарь Ушакова
Источник
Х и м и я
Коллоидная химия
Эмульсии и эмульгаторы.
Грубодисперсные системы
Эмульсии это один из видов грубодисперсных систем. Помимо эмульсий к грубодисперсным системам относятся суспензии, пены, порошки и пр.
Грубодисперсные системы отличаются от коллоидных систем более крупным размером частиц дисперсной фазы. Верхний предел размеров коллоидных частиц составляет
10 -7 м, грубодисперсные системы имеют размер частиц от 10 -7 м и выше.
Эмульсии
Эмульсиями называют дисперсные системы из несмешивающихся жидкостей. В таких системах, состоящих, например, из двух жидкостей, одна из них (дисперсная фаза) взвешена в другой (дисперсной среде) в виде капелек.
Размеры капелек различны и могут достигать 5 · 10 -6 м и выше.
Ряд свойств эмульсий сходен со свойствами коллоидов: они также имеют выраженную поверхность раздела, неустойчивы и нуждаются в стабилизаторах (эмульгаторах).
Эмульсии могут образовывать только взаимно нерастворимые жидкости. Чаще всего эмульсии состоят из воды и жидкости, которые принято называть «маслом». Молекулы масла менее полярны, чем молекулы воды и в этом кроется секрет взаимной нерастворимости этих веществ.
Возможны два типа эмульсий: масло в воде (м/в) и вода в масле (в/м).
При энергичном взбалтывании смесей, состоящих из воды и масла, компонент, содержащийся в меньшем количестве, дробиться на мельчайшие капельки, распределяющиеся по всему объёму.
Если дисперсной фазой является масло, то образуется эмульсия, в которой капельки жидкости по свойствам очень схожи с частицами гидрофобного коллоида.
Главным фактором их устойчивости также является заряд, возникающий за счёт адсорбции некоторых ионов, обладающих этим зарядом. Таким образом капельки эмульсии имеют некоторый ζ-потенциал.
Обычно концентрация дисперсной фазы в эмульсиях чистых жидкостей (без стабилизаторов) не превышает 2%.
Устойчивость таких эмульсий невысока, легко происходит самопроизвольное слияние капелек дисперсной фазы (так называемая коалесценция) и последующее расслоение жидкости. Чем меньше размер капелек, тем устойчевее эмульсия.
Эмульгаторы
Достаточно устойчивую и концентрированную эмульсию можно приготовить лишь при добавлении стабилизатора (эмульгатора).
Эмульгаторы не только сообщают капелькам эмульгируемой жидкости заряд, но, главным образом, создают вокруг них своеобразную оболочку, препятствующую коалесценции.
Гидрофильные и гидрофобные эмульгаторы.
В наиболее важном с практической точки зрения случае эмульгаторы представляют собой дифильные вещества, молекулы которых имеют в своём составе, как полярную (гидрофильную) группу, так и неполярную (гидрофобную) часть.
В качестве примера дифильных веществ можно привести лецитин:
Именно благодаря наличию такой двойственной структуры становится возможной стабилизация, поскольку дифильные вещества имеют возможность одновременно взаимодействовать, как с водой и водорастворимыми веществами, так и с маслами или веществами жирной природы.
Эмульгаторы, молекулы которых имеют относительно длинную гидрофобную часть, обладают преимущественно гидрофобными свойствами. Такие эмульгаторы называют гидрофобными.
И, наоборот, эмульгаторы с относительно короткой гидрофобной частью, имеют большее сродство с водой и их, поэтому называют гидрофильными.
Стабилизация эмульсий типа «масло в воде». Гидрофильные эмульгаторы.
Гидрофильные эмульгаторы необходимы для стабилизации эмульсий типа «масло в воде». При добавлении гидрофильного эмульгатора в такую эмульсию вокруг капельки масла образуется сплошной слой эмульгатора, сообщающий ей некоторую гидрофильность и повышающий её устойчивость (Рис. а).
Добавление в такую же смесь гидрофобного эмульгатора, большая часть молекулы которого погружается в капельку масла, не обеспечивает устойчивости эмульсии, поскольку часть поверхности капельки остаётся «открытой» и легко может происходить слияние с другими капельками (рис. б).
Стабилизация эмульсий типа «вода в масле». Гидрофобные эмульгаторы.
Гидрофобные эмульгаторы стабилизируют эмульсии типа «вода в масле». Их молекула, находящаяся большей своей частью в дисперсионной среде (масле), удерживается на поверхности капелек воды своей гидрофильной группировкой (Рис. а).
В результате вокруг каждой капельки воды образуется плотная оболочка из молекул эмульгатора, препятствующая слиянию дисперсной фазы (воды).
Попытка получить эмульсию такого же типа с гидрофильным эмульгатором оказалась бы безуспешной, так как молекулы эмульгатора разместились бы в основном внутри капелек воды (Рис. б).
Вместо сплошной оболочки вокруг капелек имелись бы лишь выступающие над их поверхностью отдельные гидрофобные группы эмульгатора, не препятствующие коалесценции капелек.
Таким образом, эмульгатор должен обладать сродством к дисперсионной среде.
В зависимости от типа желаемой эмульсии следует брать гидрофильные или гидрофобные эмульгаторы той или иной степени диссоциации.
Дисперсность эмульгаторов
Эмульгаторы для эмульсий типа м/в
Эмульгаторы для эмульсий типа в/м
CaCO3, CaSO4, Fe2O3, Fe(OH)3, SiO2, глина и др.
HgI2, PbO, сажа и др.
Желатин, казеин, альбумин, крахмал, декстрин, гуммиарабик, лецитин, желчные кислоты и др.
Смолы, каучук, холестерин и др.
Молекулярная
Мыла щелочных металлов, красители
Мыла многовалентных металов
Эмульгатором можно задать тип эмульсии
Добавляя в дисперсную систему тот или иной тип стабилизатора (эмульгатора), можно задать тип эмульсии.
Если к смеси равных объёмов воды и бензола добавить гидрофильный эмульгатор, то образуется эмульсия типа «масло в воде».
Добавление гидрофобного эмульгатора приводит к возникновению эмульсии типа «вода в масле».
Применение соответствующих эмульгаторов позволяет получать эмульсии, в которых объём дисперсной фазы гораздо больше объёма дисперсионной среды.
Так, Кремнев получил эмульсию из 150 частей бензола в 1 части воды.
Моющее действие эмульгаторов
Образование эмульсии происходит при отмывании жирных пятен мылом. Пептизированные, а затем стабилизированные солями жирных кислот частички жира легко уносятся водой.
Пептизация — расщепление агрегатов, возникших при коагуляции дисперсных систем, на первичные частицы под действием жидкой среды (например, воды) или специальных веществ — пептизаторов. Пептизированные частицы – частицы, отщеплённые от основной массы коагулята, а в данном случае — от жирового загрязнения.
Моющие средства должны быть сильными поверхностно-активными гидрофильными эмульгаторами. Поверхностное натяжение моющего раствора должны быть почти вдвое ниже, чем у воды.
Моющее действие этих растворов возрастает с повышением их концентрации и увеличением гидрофобной части молекулы применяемого эмульгатора.
Биологическое значение эмульсий
Примером эмульсий является молоко, которое представляет собой взвешенные в воде частички жира, эмульгированные белком (казеиногеном).
При стоянии молока образуется слой концентрированной эмульсии (сливки).
Сбивание сливок приводит к разрушению белковой оболочки, жир коалесцирует в крупные комочки сливочного масла, которое тоже представляет собой эмульсию, но уже типа «вода в масле».
Аналогичными этому типу эмульсиями являются:
Маргарин – эмульсия из мелкораздробленных гидрогенезированных растительных жиров.
Эмульсии в физиолгии человека
Эмульсии нередко встречаются в организме человека:
1. Жиры в крови и лимфе находятся в эмульгированном состоянии (эмульгатор – белки крови).
2. При пищеварении в кишечнике также образуется жировая эмульсия, но здесь стабилизатором служат соли желчных и жирных кислот. Опыты показали, что растворы солей желчных кислот могут обладать поверхностным натяжением менее 1 эрг/см2, т.е. настолько низким, что может идти самопроизвольное раздробление жира (без его механического измельчения). Таким образом, желчь имеет важное значение для переваривания и всасывания жиров в жилудочно-кишечном тракте.
3. Эритроциты в крови можно по ряду свойств рассматривать так же, как частички гидрофобной эмульсии.
На их поверхности отсорбированы молекулы белков, аминокислот и ионы электролитов. Все они сообщают эритроцитам определённый отрицательный заряд, а противоионы создают некоторый диффузный слой.
При паталогических процессах в организме, когда в крови увеличивается содержание некоторых видов белков (либо особого глюкопротеида, относящегося к альфа-глобулинам, либо при инфекционных заболеваниях гамма-глобулинов) происходит процесс, очень напоминающий ионообменную адсорбцию: место ионов электролитов на поверхности эритроцитов занимают белки, заряд которых ниже, чем у суммы замещённых ими ионов.
В результате заряд эритроцитов понижается, они быстрее объединяются и оседают (ускоряется реакция оседания эритроцитов – РОЭ).
Этот процесс зависит ещё от ряда факторов: содержания других белковых фракция и мукополисахаридов, концентрации эритроцитов в кровии, от наличия в крови микробов, наконец, расположения сосуда, в котором наблюдается РОЭ (в частности, скорость её ниже в наклонно расположенном капиляре).
Оседание эритроцитов происходит сходно с процессом седиментации гидрофобного коллоида.
Источник
